[發明專利]一種預應力開孔鋼板剪力墻

無效

• 申請號: 201410086515.8
• 申請日: 2014-03-10
• 公開（公告）號: CN103835394A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 張愛林;趙亮;劉學春;孫勇;惠怡
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: E04B2/56
• 分類號: E04B2/56;E04B2/58;E04B1/98
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明涉及一種新型的預應力開孔鋼板剪力墻，屬于結構工程技術領域。

技術背景

目前，世界上采用鋼板剪力墻作為主要抗側力構件的建筑共有二十多幢，主要分布在北美和日本等地震高烈度區。自從1970年日本鋼鐵公司將鋼板剪力墻應用于建筑中以來，鋼板剪力墻的發展已有40多年。鋼板剪力墻結構體系由內嵌鋼板和邊緣構件組成，邊緣構件包括邊緣梁和邊緣柱。內嵌鋼板通常與邊緣構件連接構成抗側力結構體系，該結構體系可視為固定在地面上的懸臂梁。

按照內嵌鋼板的厚薄，鋼板剪力墻可分為厚鋼板剪力墻和薄鋼板剪力墻；按照鋼板表面是否加肋，鋼板剪力墻可分為加勁肋鋼板剪力墻和非加勁肋鋼板剪力墻；按照鋼板表面是否開孔，鋼板剪力墻可分為開孔鋼板剪力墻和不開孔鋼板剪力墻；按照鋼板側面是否布置混凝土板，鋼板剪力墻可分為鋼板-混凝土組合剪力墻和普通鋼板剪力墻。薄鋼板剪力墻盡管具有很好的經濟效益，但它較易屈曲。其他形式的鋼板剪力墻大多以阻止鋼板的平面外變形為目標，讓鋼板盡可能的保持在平面內工作來消耗更多的能量。

我國《高層民用建筑鋼結構技術規程》JGJ99-98中附錄四規定，為防止鋼板剪力墻發生剪切屈曲，應以鋼板的剪切屈曲承載力作為其極限承載力，或通過對鋼板加勁使其屈服之前不發生屈曲。事實上，以上兩種方式都偏于保守且造價比較高，不利于鋼板剪力墻的發展和應用。隨著國內外對鋼板剪力墻研究的深入，鋼板剪力墻的屈曲后性能得到了廣泛的關注，鋼板剪力墻在屈曲后仍具有較高的承載力、良好的延性以及穩定的耗能能力。充分利用鋼板剪力墻的屈曲后強度不僅可以使結構獲得良好的抗震性能，而且可以顯著降低用鋼量，降低造價，提高經濟效益。

發明內容

本發明提出了一種新型的預應力開孔鋼板剪力墻，其目的在于，克服薄鋼板剪力墻因過早屈曲而不能充分發揮鋼材的強度和延性的缺點，提高了鋼板剪力墻的平面外穩定和極限承載能力，充分發揮了鋼材的優勢。

不設預應力桿件的薄鋼板剪力墻，當荷載沿一個方向作用時，內嵌鋼板發生屈曲并形成拉力帶，伴隨著較大的面外變形；當外荷載反向作用時，原來的拉力帶將反向受壓，不再提供剛度；同時，原先的受壓區域將過渡成拉力帶區，但由于在上級荷載下曾發生過較大壓屈變形，故有變形被拉伸至“平展”的過程，直到反向拉力帶的形成。在這一過程中，鋼板無法承受荷載，結構僅靠梁柱承擔外荷載，這樣錨固在框架上的拉力場對邊柱會產生較大的附加彎矩，增加了柱子的穩定負擔。所以預應力桿件的設置，一方面限制了內嵌鋼板屈曲后的較大的平面外變形，提供了側向約束；兩一方面，當荷載反向作用時，預應力桿件能夠承受外荷載作用，避免增加柱子的負擔。而且鋼板墻僅與框架梁連接，避免了四邊連接鋼板墻不能開洞的缺陷，所以能很好的作為抗側力構件應用于多高層鋼結構中。

傳統的鋼板剪力墻是通過在鋼板上設置加勁肋來控制鋼板剪力墻的平面外穩定，屬于被動的控制方法，本發明在鋼板剪力墻上主動的施加預應力，來控制鋼板剪力墻的平面外穩定，同時，預應力拉索或預應力拉桿可以在鋼板剪力墻的拉力帶方向承擔一定的拉力，屬于主動的控制方法。且鋼板剪力墻只與結構梁相連，避免增加結構柱的負擔。該發明的所有構件都可以在工廠加工，然后在實地裝配，施工簡單，降低造價，適用于裝配式鋼結構。

本發明提出的預應力開孔鋼板剪力墻，大大提升了其耗能效果，其初始剛度大，通過開孔，使應力在鋼板耗能墻中的分布均勻，有利于使鋼板多區域盡如塑性狀態，從而大大增加了其鋼板的塑性區域，滯回曲線飽滿，耗能減震效果好。

本發明提出的預應力開孔鋼板剪力墻，具有傳統鋼板剪力墻初始剛度大的優點，也克服了傳統鋼板剪力墻的缺點，如：傳統的厚鋼板剪力墻由于初始剛度、屈服位移均較大，導致鋼板未屈服前作為承重結構的梁柱就已經嚴重損傷；而傳統的薄鋼板剪力墻因拉立場的存在使得面外屈曲較嚴重導致其滯回曲線捏縮。開孔式鋼板剪力墻通過適當的開孔可改變面內的應力分布解決上述問題。因此，開孔式鋼板剪力墻可實現鋼板剪力墻和耗能器合二為一。